铸造合金及其熔炼铸铁熔炼.pptx

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1、第一节 冲天炉熔炼的基本原理铸铁熔炼过程：料：FeCFeC 底焦热：预热熔化过热前炉渣水分离Fe水 第1页/共41页一：铸铁熔炼的基本要求 要求：优质 高产 低耗 长寿 简便 1、铁液质量高：铁液温度要高：1400-15001400-1500 化学成分：波动范围小，C C、S(50%)S(50%)增加 Si(10%Si(10%-20%)-20%)、Mn(15%-25%)Mn(15%-25%)烧损 2、高产：熔化率大（）每小时熔化炉料的重量 反应冲天炉的熔化能力 与铸造能力相适用公称值：1.2.3.5.8.10 3、低耗：燃料的消耗少铁焦比：=m铁/m焦一般：10越高越好 4、长寿：炉衬寿命要求

2、 5、操作简便 自动化、机械化第2页/共41页二、冲天炉的基本结构1炉底部分 2炉体部分3炉顶部分 4送风系统 5前炉部分 6辅助装置 第3页/共41页三、冲天炉焦炭燃烧的基本规律1、焦炭燃烧的一般过程 1）加热着火 2）动力燃烧 3）扩散燃烧第4页/共41页2、焦炭层中的氧化带 图5-3 O2 CO2 393kJ 1/2O2 CO 109kJ CO1/2O2 CO2 284kJ G0 自发进行 图5-4第5页/共41页3、焦炭中的还原带 CO2+=CO -175kJ 978K以上进行 图5-4 G0 不需动力4、炉气燃烧比 燃烧比：VCO2(CO2+CO)100%愈高愈好，但从热力学的角度看

3、，不可避免的存在着CO，而且为了保证铁液质量，要求炉内成弱氧化性较好，因此，燃烧比一般控制在40%-60%范围内。第6页/共41页四、冲天炉的炉气及炉温分布1、冲天炉内的炉气分布 图5-5 附壁效应2、冲天炉内温度分布 图5-6 炉气温度与CO2浓度有 一致性，CO2分布 如图5-7第7页/共41页第8页/共41页五、冲天炉内的热交换 预热 熔化 过热 炉缸1、预热带：以对流传热为主 传递热量大，预热区高度变化大第9页/共41页2、熔化区 以对流传热为主，区域呈凹形分布，区域高度波动大（底焦燃烧下降）第10页/共41页3、过热区1）以接触传热为主，2）传热强度大3）此区炉气温度、高度 决定过热

4、度大小 t=ah(tmax-tm)4、炉缸 降温，焦炭不燃烧第11页/共41页六、影响铁液温度的主要因素1、焦炭对炉内铁液温度的影响 1）焦炭成分 2）焦炭强度与块度 块大，燃烧慢，热不集中，温度低 块小，燃烧快，高温区短，不利过热 一般，表5-3 3）反应能力 焦炭还原二氧化碳的能力 大，降温。要求低好。第12页/共41页2、送风对冲天炉铁液温度的影响1）风量的影响 图5-10 大，强化燃烧，有利过热 太大，焦炭燃烧快，料下落快，预热不足 最惠送风量2）风速的影响 快，强化燃烧，能吹到炉子中间较少附壁效应，但，过快，对碳有吹冷作用，降温 图5-11第13页/共41页3）风温的影响 强化焦炭燃

5、烧，提高铁液温度，但，加剧还原反应，降低燃烧比图5-124）风中氧气浓度的影响 有利提高温度3、金属炉料的影响 纯净，块度：大，不利过热。小，不透风第14页/共41页4、操作参数对铁液温度的影响1）底焦高度 太高：焦耗大，熔化率低，铁液温度高 太低：铁液温度低，氧化严重2）焦炭消耗量 焦炭消耗量=层焦量3）批料量 图5-13 小：熔化时间短，熔化区小，过热区扩大，提高铁液温度 太小：以造成铁焦混杂、串料，温度成分波动第15页/共41页5、冲天炉结构参数对铁液温度的影响 1）炉型的影响 图5-14 曲线炉膛：（1）提高送风强度 （2）改善炉子中心的燃烧状况 （3）提高冲天炉的熔化率 2）风口布置

6、的影响 侧送风：单排、双排、多，风口下斜 5-100 中央送风第16页/共41页第二节 冲天炉强化熔炼的主要措施一、预热送风 表5-41、作用：1）可提高铁液温度，减少焦耗 2）缩短氧化区增大还原区，减少C、Si、Mn的烧损 3）减小风口冷风区2、方法：内热式：热风胆 图5-18（升温150-200）外热式：图5-17（升温400-500）3、热风胆要求：1）点火后底焦不能一次加入 2）停炉前加入几批压炉铁，打炉后通风 3）因故停炉，炉胆继续通风第17页/共41页二、高氧送风 1、作用：1）提高容化率 2）提高铁水温度 3）降低焦铁比2、方法：1）向风管中引入氧气 图5-19 2）从风口吹氧

7、3）炉缸处吹氧三、除湿送风 1、影响：1）吸热、降温，2）氧化消耗C、Si、Mn，3）增加氢，恶化铁液质量 2、除湿方法：1）用冷却器除湿，2）用吸湿法除湿第18页/共41页第三节：冲天炉熔炼过程中化学成分变化一、冲天炉内冶金反应的基本规律1、冲天炉内炉气组成 炉气：CO 2、CO 反应：反应：Fe+CO 2=Feo+CO2、冲天炉内炉气的性质 炉气：CO 2、CO 是氧化、还原还要看二者比例，由图可知，炉气是氧化性的第19页/共41页二、冲天炉内炉渣的形成及作用1、渣的成分（1）来源：1 1、炉衬剥落，2 2、炉料中杂质、灰份、粘结物等，3 3、炉料的氧化损烧，4 4、加入炉料中的熔剂（2

8、2）渣量：6-10%6-10%，（3 3）成分：SiO2 CaO Al2O32 2、炉渣的性质：（1）组成：1酸性氧化物：SiO2 P2O5 Cr2O32碱性氧化物：CaO MnO MgO3中性氧化物 ：Al2O3 Fe2O3第20页/共41页（2）一般 k=碱/酸=CaO SiO2 2.5高碱性3、渣的作用 清除焦炭的灰渣，有利继续燃烧。清除渣滓，脱硫、磷第21页/共41页三、冲天炉内铁液化学成分变化（一）含C量的变化1、Fe液增碳 接触增碳 D：扩散系数，与温度有关，温度高，快第22页/共41页2、Fe液脱碳C+O2=CO2，C+CO2=CO FeO+C=Fe+CO 碳作用较强 脱碳作用较

9、弱3、影响铁液含碳量的主要因素理论上：铁液含碳量变化趋于饱和程度Co（共晶成分）。当Fe料低于Co时增碳，反之减碳。但同样条件下，含碳量愈低 熔化后含C量也愈低。有前炉增碳量小，无前炉增碳量大。铁液含碳量与铁料含碳量之间的关系：铁液含碳量与铁料含碳量之间的关系：c铁液=k+(1-)c铁料 增碳分数1.7%-2.0%，脱碳系数0.4-0.6第23页/共41页（二）含硅量含锰量的变化1、Fe液中Si、Mn氧化过程）与炉气中的氧性气体直接作用：SiO2 SiO2 Si2 CO 2 SiO2 2 CO Mn O2 MnO 2Mn CO 2 MnOCO）与FeO作用发生间接氧化：Si FeO SiO2

10、Fe Mn FeO MnO Fe 主要氧化形式第24页/共41页2、影响 Si Mn 烧损的因素 1）炉温：提高炉温可减少Si Mn 的烧损 （因其烧损是放热反应）2）炉气：氧化性愈强（CO 2愈多）愈易烧损 3）金属炉料：Si、Mn含量愈高 愈易烧损 4）炉渣：酸性炉中Mn的烧损大，碱性炉中Si的烧损大 3、冲天炉内Si Mn 烧损率 Si烧损 10%10%-20%-20%Mn烧损15%-25%15%-25%（易形成MnSMnS烧损）Fe烧损 1%-1%-%第25页/共41页（三）含硫量的变化1、Fe液的增 来源：炉料、焦炭，2、影响增硫的主要因素 1）炉料的含硫量 含硫少，增硫快。2）焦炭

11、的消耗率 焦炭的消耗多，增硫多 3）焦炭含硫量 一般不大于0.8%3、影响铁液脱硫的主要因素 1）提高炉渣碱度，增多炉渣 2）提高炉温 脱硫吸热 3）增加炉气还原性 FeS+CaO=CaS+FeO（氧化性大）（四）含磷量的变化 基本不变第26页/共41页第四节 铁液的脱硫处理 炉内脱硫、炉外脱硫一、炉内脱硫1、碱性冲天炉 炉衬 CaO、MgO 特点：脱硫效果好，寿命短，少用 水冷无炉衬冲天炉：脱硫效果较好2、脱硫剂：石灰CaO 便宜、效果差、降温 电石CaC2 有加热作用、效果好、常用 白云石（CaMg(CO 3)2 第27页/共41页二、炉外脱硫 苏打、电石、石灰1、苏打脱硫 NaCO3Na

12、2O+CO2 Na2O+FeSNa2S+FeO 降温、污染环境、现代少用。2、电石脱硫 CaC2+FeSCaS+Fe+C 需搅拌、工艺复杂、现代常用。3、石灰脱硫 CaO+FeSCaS+FeO 价格便宜、效果差、降温、要求高的出炉温度第28页/共41页三、炉外脱硫方法1、气动脱硫 喷射脱硫法 图5-31 吹气脱硫法 图5-32 多孔塞气动脱硫法 图5-332、摇包脱硫法 图5-34 转包脱硫法 图5-35第29页/共41页第五节：冲天炉熔炼过程的参数选择及测量一、冲天炉熔炼操作参数的选择与计算 焦耗、风量、铁液温度、熔化率 1、冲天炉的网形图 描绘：焦耗、风量、铁液温度、熔化率 之间关系的实验

13、图 图5-36 图5-37 由图可知：第30页/共41页由图可知：（）当焦碳消耗量一定时：熔化率随送风量的增大而提高。铁液温度送风量的增大而提高但大到一定后要下降 （）当送风量一定时：焦碳消耗量增大，铁液温度提高，熔化率下降 （）若保持熔化率一定时：可以用高焦耗大风量操作，温度高。也可用低焦耗小风量操作，温度底。（）若保持一定的铁液温度：可以用不同搭配的焦耗率和送风量达到 即大焦耗、小送风，小焦耗、大送风。据上找出最佳工艺点：第31页/共41页2、冲天炉的风量计算 1）按最惠送风强度计算：q=2）按焦碳消耗量和燃烧比计算：4450/60(1+v)c溶 焦炭消耗率，焦炭中含固定碳量。3、冲天炉层

14、焦量、层铁量的选定 1）层焦量 按炉膛内堆积厚度计算，（140-200mm）PK=Fh 按层铁焦比计算 PK=W层铁/K W层铁=1/10熔化率第32页/共41页4、底焦高度的选择及控制（1 1）底焦：第一排风口至底焦的顶面（熔化带得上表面）之间的高度（2）高度：适当。1过高：熔化率降低，碳消耗增大，铁液温度稍高，但不合理 2过低：熔化带降低，过热不足，温度低，易氧化。（3）高度确定：观察风口，开风6-8min见铁滴最合适，小于5min，太低。大于10min太高。观察炉衬的侵蚀高度。（4）控制：通过层焦来控制其高度。第33页/共41页5、冲天炉熔剂量的计算 石灰石、氟石 经验：Pc=(0.20

15、.4)Pk（层焦量）Pf=(0.20.3)Pc（有害少加）第34页/共41页二、冲天炉的配料计算1、冲天炉用金属炉料：原生铁、废钢、回炉铁、铁合金 等 （硅铁、锰铁）2、计算方法：试算法、表格法、图解法、电子计算机计算。最常用：试算法3、原则：（配料）1）满足成分及力学性能要求 2）立足我国及本地区现有原料 3）多用回炉铁 少用废钢及原生铁 4）尽量减少炉料种类 5）铁料以100kg搭配，核算后换算配料第35页/共41页1、必须具有四个方面的原始资料 1）铸件要求的化学成分 2）各种炉料的化学成分 3）熔炼中各种元素的增减率 表5-9、10 4）在炉前加入元素的回收率 表5-112、计算：1）

16、计算炉料中各元素应具有的量 X炉料=X铁液/（1+-）元素 C料=2（C铁液-1.8）第36页/共41页2）初步确定炉料配比 原生铁、废钢、回炉铁 首先确定回炉铁 一般，HT在30%左右，QT、KT、RuT可稍低。再确定原生铁、废钢的比例 假设原生铁x%，回炉铁y%，则废钢100-x-y，设炉料的含碳量w%，而原生铁、废钢、回炉铁的含碳量分别是a、b、c，则有，ax+b(100-x-y)+cy=w100，可计算出原生铁的配比x，进而计算出废钢的配比100-x-y。第37页/共41页根据炉料配比核算其他成分 确定铁合金的补加量 铁合金配比=（料应有量-料实有量）/铁合金中含有量*回收率3）根据计算确定配料比，填写配料单配料单格式：冲天炉配料 姓名-，时间-牌号：批料量：其中：原生铁、回炉铁、废钢、硅铁、锰铁。第38页/共41页计算方法第39页/共41页写出配料单：冲天炉配料单 姓名-时间-牌号：HT200 批料量：300kg 其中：Z18原生铁135kg，回炉铁120kg，废钢45kg，FeSi45 3.6kg，FeMn65C7 2.1kg第40页/共41页感谢您的观看！第41页/共41页